ZDBC-II型智能礦用電子保護(hù)綜合測(cè)試系統(tǒng)

孟祥忠 亓玉剛 譚秀芬

(青島科技大學(xué)自動(dòng)化與電子工程學(xué)院,山東省青島市,266042)

ZDBC-II型智能礦用電子保護(hù)綜合測(cè)試系統(tǒng)

孟祥忠 亓玉剛 譚秀芬

(青島科技大學(xué)自動(dòng)化與電子工程學(xué)院,山東省青島市,266042)

介紹了一種新型智能礦用電子保護(hù)綜合測(cè)試系統(tǒng)。并將系統(tǒng)做成一臺(tái)測(cè)試柜,采用數(shù)據(jù)采集板卡PCL731采集數(shù)據(jù)、ISA總線通信,以及MCGS軟件實(shí)現(xiàn)測(cè)試結(jié)果顯示。

智能電子綜合保護(hù)裝置 數(shù)據(jù)采集 ISA總線 MCGS 工控機(jī)

1 引言

隨著煤礦生產(chǎn)的現(xiàn)代化,各種礦用電氣設(shè)備普遍增設(shè)了綜合保護(hù)功能,與其配套的電子綜合保護(hù)器,即綜保插件已被廣泛應(yīng)用。煤礦所使用的隔爆低壓電子保護(hù)器種類繁多,在井上維修和測(cè)試時(shí),只能將各種規(guī)格的插件分別安裝于所屬的設(shè)備內(nèi)部,逐臺(tái)測(cè)試保護(hù)器的動(dòng)作性能,或者使用儀表等落后的測(cè)試設(shè)備和手段檢測(cè)真空開關(guān)等設(shè)備,既復(fù)雜繁瑣,又不可靠,容易造成事故隱患,由此直接或間接引起的煤礦井下事故占有相當(dāng)比例。

據(jù)統(tǒng)計(jì)一個(gè)礦每年因無(wú)檢測(cè)手段或檢測(cè)手段不合適而浪費(fèi)的電子接插件達(dá)10多萬(wàn)元,造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。隨著安全檢查的進(jìn)一步嚴(yán)格,需要的接插件會(huì)更多,目前市場(chǎng)上尚無(wú)滿足眾多測(cè)試要求的綜合測(cè)試臺(tái)。不同的插件具有不同的保護(hù)功能,例如保護(hù)真空饋電開關(guān)的插件主要有過流保護(hù)插件和漏電保護(hù)插件,過流保護(hù)插件具有短路保護(hù)、過流保護(hù)功能;漏電插件有漏電保護(hù)、總開關(guān)保護(hù)、分開關(guān)保護(hù)等功能。因此,本文設(shè)計(jì)了一套ZDBC-II智能礦用低壓電子保護(hù)綜合測(cè)試系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)思路

ZDBC-II智能礦用低壓電子保護(hù)綜合測(cè)試系統(tǒng)的硬件部分由信號(hào)發(fā)生單元、手動(dòng)測(cè)試單元、測(cè)試平臺(tái)、計(jì)算機(jī)單元、外部時(shí)鐘單元等5部分組成。在綜合測(cè)試平臺(tái)內(nèi)部采用變壓器、調(diào)壓器、直流電源模塊等作為信號(hào)發(fā)生單元,為各種綜保插件工作和測(cè)試所用指示燈按鈕等提供連續(xù)的輸入信號(hào)。在綜合測(cè)試平臺(tái)的面板上,用按鈕開關(guān)模擬控制綜保插件的輸入信號(hào)的開關(guān)量,用指示燈的亮否顯示綜保插件各種保護(hù)功能是否出現(xiàn)故障。綜合測(cè)試系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)、控制、分析、存儲(chǔ),具有操作方便、測(cè)試精度高、范圍寬、存貯紀(jì)錄功能強(qiáng)、顯示打印格式規(guī)范等優(yōu)點(diǎn)。為了測(cè)試的方便,系統(tǒng)除了在計(jì)算機(jī)內(nèi)部建立時(shí)鐘外,還在外部設(shè)置一個(gè)時(shí)鐘電路,這樣無(wú)論是手動(dòng)還是自動(dòng)測(cè)試,都具有可靠的時(shí)間控制。同時(shí),ZDBC-II型智能礦用電子保護(hù)綜合測(cè)試系統(tǒng)還具有測(cè)試接觸器參數(shù)和電動(dòng)機(jī)參數(shù)功能。

2.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)主要利用工業(yè)計(jì)算機(jī)與數(shù)據(jù)采集板卡(工業(yè)I/O板卡),實(shí)現(xiàn)對(duì)綜保插件各種保護(hù)功能信號(hào)的采集。計(jì)算機(jī)采用單片微機(jī)智能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與最新系列工業(yè)控制計(jì)算機(jī)(IPC,簡(jiǎn)稱工程機(jī))相融合。工控機(jī)由計(jì)算機(jī)基本系統(tǒng)和過程I/O系統(tǒng)組成,可以作為一個(gè)工業(yè)控制器在工業(yè)環(huán)境中可靠運(yùn)行。本系統(tǒng)需要連續(xù)作業(yè),應(yīng)用在受噪聲等惡劣條件影響的煤礦企業(yè),故采用抗噪能力強(qiáng),業(yè)界廣泛使用的研華工控機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。系統(tǒng)采用研華數(shù)據(jù)采集板卡PCL731采集數(shù)據(jù),PCL731是一個(gè)48位的DIO卡,提供48位并行數(shù)字輸入/輸出和8255PPI芯片的仿真模式,帶緩沖的輸入和輸出;PCL731的48位被分成6個(gè)8位的I/O口:A0、B0、C0、A1、B1和C1,可以通過軟件將每個(gè)口配置為輸入或輸出。系統(tǒng)硬件總體設(shè)計(jì)方框圖見圖1。

圖1 系統(tǒng)硬件總體設(shè)計(jì)方框圖

在圖1中,綜合測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試平臺(tái)內(nèi)部的各種插件的控制電路板采用模塊化設(shè)計(jì)方案:一方面,每一種插件對(duì)應(yīng)一塊測(cè)試線路板,這樣設(shè)計(jì)保證了檢測(cè)一種插件時(shí),其他插件不受干擾;另一方面,針對(duì)新的綜保插件,可以另外添加新的控制電路板,可達(dá)到按需求擴(kuò)充系統(tǒng)的目的。測(cè)試系統(tǒng)中工控機(jī)與采集板卡之間的通信采用ISA總線實(shí)現(xiàn),PCL731板卡直接插入工控機(jī)的ISA插槽內(nèi)。各種綜保插件的測(cè)試數(shù)據(jù)均采集到研華數(shù)據(jù)采集板卡PCL731的輸入端,在工控機(jī)內(nèi)的MCGS軟件處理所采集到的信號(hào),處理完畢后再通過板卡PCL731輸出端送到液晶顯示器顯示出插件各種功能的測(cè)試結(jié)果,如果插件出現(xiàn)故障,可以通過打印機(jī)打印出測(cè)試結(jié)果,供工作人員維修插件時(shí)參考。此外,測(cè)試系統(tǒng)信號(hào)發(fā)生單元中的模擬量采集均由數(shù)據(jù)采集板卡PCL813完成。研華PCL813是12位32路單端模擬量輸入A/D數(shù)據(jù)采集卡,其中每路模擬量輸入增益可以通過編程設(shè)定。

圖2以照明綜保WZXZ的短路保護(hù)為例說(shuō)明,圖2(a)到(e)是WZXZ照明綜保短路測(cè)試功能的電路原理圖,按下圖(a)中按鈕SB1開始測(cè)試,圖(b)繼電器常開觸點(diǎn)K1閉合給插件6#、7#管腳加25V交流電,插件開始工作。按下圖(c)中短路測(cè)試按鈕SB2,插件8#、17#管腳連接,進(jìn)行插件短路測(cè)試,如果短路保護(hù)正常,圖(d)中插件9#、5#管腳有高電平輸出,繼電器K2得電動(dòng)作,指示燈B亮;如果插件短路保護(hù)不正常,指示燈B不亮,其中DC24V是加入的直流電壓。按照此原理圖繪出PCB圖,制作電路板,安裝到測(cè)試柜中即可。圖(e)是插件管腳5#、8#、9#、17#用排線接到ADAM3951數(shù)字信號(hào)調(diào)理模塊,通過PCI總線接到工控機(jī)里的PCL731。管腳6#、7#和DC24V信號(hào)由32路I/O接線板PCLD881B通過PCI總線接到工控機(jī)里的PCL813。其他插件控制電路板的設(shè)計(jì)與WZXZ類似。

圖2 WZXZ短路保護(hù)原理圖

3 系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)

綜合系統(tǒng)操作分為自動(dòng)操作和手動(dòng)操作兩部分,可以通過測(cè)試柜面板上的按鈕相互切換。系統(tǒng)通過工控機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)操作且速度快。一方面操作簡(jiǎn)單方便,安裝插件到測(cè)試平臺(tái)后,一切工作均通過鍵盤在電腦前完成;另一方面,通過工控機(jī)所加信號(hào)比手動(dòng)所加信號(hào)準(zhǔn)確性高,測(cè)試結(jié)果更符合實(shí)際。自動(dòng)操作由工控機(jī)中的MCGS軟件對(duì)插件測(cè)試內(nèi)容及過程進(jìn)行編程,在測(cè)試過程中用戶可根據(jù)需要設(shè)置參數(shù)和修改測(cè)試內(nèi)容及過程,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)綜保插件各種保護(hù)功能狀況的顯示。利用組態(tài)軟件MCGS實(shí)現(xiàn)測(cè)試系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)過程的流程見圖3。

在圖3中,首先創(chuàng)建測(cè)試系統(tǒng)工程,以插件各種保護(hù)功能作為輸入與輸出的構(gòu)造實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù);在設(shè)備窗口中配置PCL731和PCL813;然后組態(tài)各種裝置的用戶窗口,在用戶窗口中顯示插件等保護(hù)功能的狀態(tài);為便于操作,采用菜單設(shè)計(jì);對(duì)各種裝置編寫程序測(cè)試,若運(yùn)行不成功返回,重新組態(tài)各設(shè)備的窗口和菜單;組態(tài)運(yùn)行策略,例如測(cè)試程序中的翻頁(yè)以及退出測(cè)試界面,保存運(yùn)行結(jié)果等都有由運(yùn)行策略完成;編寫各運(yùn)行策略對(duì)應(yīng)的腳本程序,運(yùn)行測(cè)試看是否成功,若運(yùn)行不成功重新編寫腳本程序,最后保存整個(gè)工程。

圖3 MCGS設(shè)計(jì)過程流程圖

組態(tài)軟件MCGS為了能實(shí)現(xiàn)與硬件設(shè)備配置的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換,它由一個(gè)設(shè)備窗口設(shè)置,以負(fù)責(zé)管理和調(diào)度設(shè)備驅(qū)動(dòng)硬件的運(yùn)行,對(duì)于不同的硬件設(shè)備,只需要定制相應(yīng)的設(shè)備硬件,并放置到設(shè)備窗口中,設(shè)置相關(guān)的屬性,MCGS軟件系統(tǒng)就可對(duì)這一設(shè)備進(jìn)行操作,以對(duì)象的形式與外部設(shè)備建立數(shù)據(jù)的傳輸通道,以完成對(duì)設(shè)備工作狀態(tài)的實(shí)時(shí)檢測(cè)和過程的自動(dòng)控制。綜合測(cè)試系統(tǒng)采用PCL731和PCL813板卡,是通過設(shè)備窗口設(shè)置,以負(fù)責(zé)管理和調(diào)度設(shè)備驅(qū)動(dòng)硬件運(yùn)行。配置PCL731和PCL813板卡過程如下:(1)插入驅(qū)動(dòng)光盤,安裝板卡的驅(qū)動(dòng)程序及配置軟件(DevMgr),然后關(guān)機(jī)。(2)對(duì)板卡做合適的硬件跳線設(shè)置后,插入計(jì)算機(jī),開機(jī)。(3)用研華提供的配置軟件(DevMgr),對(duì)板卡進(jìn)行配置;最小采集周期采用默認(rèn)值1000ms;I/O基地址用16進(jìn)制數(shù)表示,必須和板卡上SW1的撥碼開關(guān)設(shè)置一致。本系統(tǒng)均采用板卡的出廠默認(rèn)設(shè)置的I/O基地址。板卡PCL731成功安裝后占用系統(tǒng)連續(xù)8個(gè)I/O端口地址,端口設(shè)置如下:第一個(gè)24路I/O端口作為信號(hào)輸入端口,第二個(gè)24路I/O端口作為信號(hào)輸出端口。(4)打開MCGS設(shè)備窗口,測(cè)試硬件,在對(duì)數(shù)字量輸入通道進(jìn)行調(diào)試時(shí),在板卡指定通道輸入對(duì)應(yīng)高(或低)TTL電平,對(duì)應(yīng)輸入通道的值會(huì)顯示正確的板卡輸入值,值為1表示當(dāng)前輸入的是高電平,值為0表示當(dāng)前輸入的是低電平。對(duì)輸入通道值進(jìn)行觀察,看采集進(jìn)來(lái)的數(shù)據(jù)和板卡的實(shí)際信號(hào)輸入情況是否相符,可以判斷板卡是否正常工作。(5)參照研華提供的例程,在設(shè)備窗口的數(shù)據(jù)處理中編寫應(yīng)用程序。系統(tǒng)采用的PCL731板卡不需要編程,A/D數(shù)據(jù)采集卡PCL813需要編程。圖4為自動(dòng)測(cè)試一種綜保插件過程的流程圖。測(cè)試一種裝置結(jié)束,如果裝置正常,可通過菜單選擇測(cè)試其他裝置。如果保護(hù)功能出現(xiàn)故障,打印測(cè)試報(bào)告,以便于檢修。

圖4 系統(tǒng)自動(dòng)測(cè)試流程圖

綜合測(cè)試系統(tǒng)上位機(jī)部分采用MCGS軟件的窗口設(shè)計(jì),為便于測(cè)試人員使用,用戶窗口的組態(tài)采用“傻瓜化”方式,即綜保插件的測(cè)試是分開進(jìn)行的,當(dāng)選擇某種插件時(shí),系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)進(jìn)入這種插件的測(cè)試界面。

圖5為照明綜保插件測(cè)試畫面,圖中畫面上方菜單顯示綜合測(cè)試臺(tái)測(cè)試的各種設(shè)備,點(diǎn)擊一菜單會(huì)進(jìn)入某一設(shè)備的測(cè)試界面;選擇插件型號(hào)欄顯示出所測(cè)試的照明綜保插件的型號(hào);測(cè)試準(zhǔn)備欄顯示插件是否通電,顯示“測(cè)試準(zhǔn)備好”即表明已經(jīng)通電;功能測(cè)試欄顯示插件的各種保護(hù)功能;測(cè)試結(jié)果欄顯示插件的某種保護(hù)功能是否正常,圖中照明綜保ZXZ8的照短測(cè)試不正常,測(cè)試結(jié)果欄中以紅色方框提示,說(shuō)明欄中顯示插件出現(xiàn)故障的電路部分;界面右下方的符號(hào)用于翻頁(yè)。如果需要還可以直接點(diǎn)擊界面下方的打印按鈕直接打印出測(cè)試結(jié)果,以便日后對(duì)插件進(jìn)行分析處理。

圖5 照明綜保插件測(cè)試畫面

4 結(jié)語(yǔ)

(1)ZDBC-II型智能礦用電子保護(hù)綜合測(cè)試系統(tǒng)功能齊全、性能優(yōu)越、手段先進(jìn)、操作簡(jiǎn)單。

(2)借助工控機(jī)采用先進(jìn)的組態(tài)軟件對(duì)綜保插件等進(jìn)行測(cè)試,可推動(dòng)智能化產(chǎn)品在煤礦企業(yè)的應(yīng)用,加快煤礦機(jī)電設(shè)備自動(dòng)化的步伐。

(3)極大地方便用戶又快又好地對(duì)本單位所使用的低壓電器設(shè)備及其保護(hù)裝置進(jìn)行維護(hù)和檢查,尤其適用于礦用低壓隔爆電器的維修部門。

(4)安全可靠以及測(cè)試精度高,為煤礦減少事故隱患、提高設(shè)備完好率、延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命提供有力的保障。

(5)本測(cè)試系統(tǒng)目前已經(jīng)投入使用,運(yùn)行狀況良好。

[1]李紀(jì),池鳳山.煤礦機(jī)電事故分析與預(yù)防[M].北京:煤炭工業(yè)出版社

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Type ZDBC-II comprehensive intelligent electronic protection check out system for mine use

Meng Xiangzhong，Qi Yugang，Tan Xiufen
(College of Automation and Elect ronic Engineering，Qingdao Univer sity of Scienceand Technology，Qingdao，Shandong province 266042，China)

In this paper, a novel intelligent electronic protection check out system for mine use ispresented. In the form of a testing console，this system employs data acquisition board PCL731 for datacollection，ISA bus for communication and MCGS software for test result display. The system is not onlyoperable manually，but also can be operated automatically when combined with control console.It isthus of great value for practical use and of great economic value.

intelligent elect ronic comprehensive protection device,data acquisition，ISAbus，MCGS

TD611

A

孟祥忠(1964-),男,博士,教授,碩士生導(dǎo)師,主要研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)監(jiān)控與保護(hù)技術(shù)、混雜控制系統(tǒng)理論。

(責(zé)任編輯 張艷華)